太陽能熱動力儲能系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種儲能系統，具體的說是太陽能熱動力儲能系統，屬于能量儲存技術領域。其包括太陽能集熱系統、壓縮儲能系統和熱動力膨脹系統，通過光伏發電裝置發電驅動高壓壓縮機工作，外部電能通過電站電網驅動高壓壓縮機和低壓壓縮機工作，通過膨脹機膨脹發電釋放能量。本實用新型能夠將電站電網低谷電能及白天太陽能光伏發電多余電量進行儲能，充分利用太陽能光伏發電和陽光熱動力儲存熱量發電，提高了能量的利用效率，降低了發電成本，提高了經濟效益。
【專利說明】
太陽能熱動力儲能系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種儲能系統，具體的說是太陽能熱動力儲能系統，屬于能量儲存技術領域。
【背景技術】
[0002]近年來，我國電力電網中的大型機組不斷增多，電力系統的自身功率調節能力受到限制，而社會電力負荷的峰谷比卻不斷增大，電力部門不得不根據最大負荷要求建設傳統發電能力。造成了大量發電能力的過剩和浪費。因此迫切需要經濟、可靠、高效的電力系統以及與之相配套電力儲能系統。
[0003]電力儲能系統目前已經演變成為制約可再生能源大規模利用的最重要瓶頸之一，當前世界各國紛紛將發展可再生能源作為國家能源發展的重要戰略，但目前如風能、太陽能等主要的可再生能源均是間歇式不穩定的波動能源，如何利用儲能技術將這些間歇式能源利用起來，是提高可再生能源比例必須解決的問題。
[0004]分布式能源系統采用大量小型分布式電力系統代替常規大型集中式電力系統，具有能源綜合利用、熱效率高、低污染等優點。但同時由于線路、運行等原因造成的系統故障率會高于常規大型集中式電力系統。電力儲能系統也已經成為分布式能源系統的關鍵與核心技術。因此，采用電力儲能系統作為負荷平衡裝置和備用電源是分布式能源系統必須采用的有效工具。
[0005]已有電力儲能技術包括抽水電站、壓縮空氣、蓄電池、飛輪、超級電容、超導磁能等。但由于容量、儲能周期、能量密度、充放電效率、壽命、運行費用、環保等原因，目前已在大型商業系統中運行的只有抽水電站和壓縮空氣兩種。
[0006]抽水電站儲能系統具有技術成熟、效率高、容量大、儲能周期不受限制等優點。但是抽水電站儲能系統需要特殊的地理條件建造兩個水庫和水壩，建設周期很長，初期投資巨大，因此建造抽水電站儲能系統受到了越來越大的限制。
[0007]傳統壓縮空氣儲能系統是基于燃氣輪機技術開發的一種儲能系統。壓縮空氣儲能系統具有儲能容量較大、儲能周期長、效率高和單位投資相對較小等優點。但是，傳統壓縮空氣儲能系統不是一項獨立的技術，它必須同燃氣輪機電站配套使用，不能適合其他類型，如風能和太陽能等電站。特別不適合我國已不提倡燃氣燃油發電的能源戰略。而且其燃燒仍然產生氮化物、硫化物和二氧化碳等污染物，不符合綠色、可再生的能源發展要求。由于儲能密度低，壓縮空氣儲能系統也需要特定的地理條件建造大型儲氣室，從而大大限制了壓縮空氣儲能系統的應用范圍。
【發明內容】
[0008]本實用新型的目的在于克服上述不足之處，從而提供一種太陽能熱動力儲能系統，能夠將電站低谷電能及白天太陽能光伏發電多余電量進行儲能，充分利用太陽能光伏發電和電站電能，提高了能量的利用效率，降低了發電成本，提高了經濟效益。
[0009]按照本實用新型提供的技術方案，太陽能熱動力儲能系統包括太陽能集熱系統、壓縮儲能系統和熱動力膨脹系統，其特征是:太陽能集熱系統包括太陽能集熱器和集熱換熱器，太陽能集熱器通過集熱循環管連接位于高溫儲熱換熱槽中的集熱換熱器;壓縮儲能系統包括光伏發電裝置、電站電網、高溫儲熱換熱槽、高溫蒸發/冷凝換熱器、高壓壓縮機、低壓壓縮機、低溫汽液分離器、儲液器、低溫蒸發/冷凝換熱器和低溫儲冷換熱槽，光伏發電裝置通過驅動電機連接高壓壓縮機，電站電網通過驅動電機連接高壓壓縮機和低壓壓縮機，通過光伏發電裝置發電能夠驅動高壓壓縮機工作，電站電網發電能夠驅動高壓壓縮機和低壓壓縮機工作;低壓壓縮機一端通過管路連接中溫冷凝/蒸發換熱器，低壓壓縮機和中溫冷凝/蒸發換熱器之間的管路上設有換向閥；中溫冷凝/蒸發換熱器通過管路連接儲液器，儲液器通過管路連接位于低溫儲冷換熱槽中的低溫蒸發/冷凝換熱器;低溫蒸發/冷凝換熱器通過管路連接低溫汽液分離器，低溫汽液分離器通過管路連接低壓壓縮機，低溫儲冷換熱槽內充滿儲冷介質，儲冷介質能夠進行蓄冷;換向閥通過管路連接高壓壓縮機，高壓壓縮機通過管路連接位于高溫高溫儲熱換熱槽中的高溫蒸發/冷凝換熱器，高溫蒸發/冷凝換熱器通過管路連接高溫汽液分離器，高溫汽液分離器通過管路連接儲液器，高溫高溫儲熱換熱槽內充滿儲熱介質，儲熱介質能夠進行蓄熱;熱動力膨脹系統包括膨脹機和回熱器，膨脹機一端通過管路連接高溫汽液分離器，膨脹機另一端通過管路連接回熱器，回熱器一端通過管路連接低溫儲冷換熱槽中的低溫蒸發/冷凝換熱器，回熱器另一端通過管路連接低溫汽液分離器；回熱器和高溫汽液分離器通過管路連接。
[0010]進一步的，集熱循環管上設有集熱循環栗。
[0011 ]進一步的，儲液器和低溫蒸發/冷凝換熱器之間的管路上設有低溫節流閥。
[0012]進一步的，高溫汽液分離器和儲液器之間的管路上設有高溫節流閥。
[0013]進一步的，回熱器和低溫汽液分離器之間的管路上設有液體栗。
[0014]進一步的，回熱器和儲液器之間通過管路連接，回熱器和儲液器之間的管路上設有平衡供液栗。
[0015]進一步的，膨脹機的輸出端上連接發電機。
[0016]進一步的，蓄熱介質能夠采用水、石蠟、奈、生物質油、無機類結晶水合鹽、熔融鹽或有機類脂肪酸。
[0017]本實用新型與已有技術相比具有以下優點:
[0018]本實用新型結構簡單、緊湊、合理，能夠將電站低谷電能及白天太陽能光伏發電多余電量進行儲能，充分利用太陽能光伏發電和電站電能，提高了能量的利用效率，降低了發電成本，提高了經濟效益;本實用新型的能量密度高、儲能效率高、儲能周期不受限制，適用于各種類型特別是可再生能源電站以及已建成電站的擴容改造，具有廣闊的使用前景;對環境友好、可回收余熱、余冷(白天提供制冷、夜晚提供供暖)為建筑物提供空調環境或為農業大棚、漁業養殖水塘提供恒溫空調環境;提高電站土地和資源使用效率。
【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型主視圖。
[0020]附圖標記說明:1_太陽能集熱器、2-高溫儲熱換熱槽、3-集熱換熱器、4-高溫蒸發/冷凝換熱器、5-集熱循環管、6-集熱循環栗、7-高溫汽液分離器、8-膨脹機、9-回熱器、10-高壓壓縮機、11-中溫冷凝/蒸發換熱器、12-換向閥、13-低壓壓縮機、14-低溫汽液分離器、15-液體栗、16-高溫節流閥、17-平衡供液栗、18-儲液器、19-低溫節流閥、20-低溫蒸發/冷凝換熱器、21-低溫儲冷換熱槽、22-光伏發電裝置。
【具體實施方式】
[0021]下面本實用新型將結合附圖中的實施例作進一步描述:
[0022]如圖1所示，本實用新型主要包括太陽能集熱系統、壓縮儲能系統和熱動力膨脹系統。
[0023]太陽能集熱系統包括太陽能集熱器I和集熱換熱器3，太陽能集熱器I通過集熱循環管5連接位于高溫儲熱換熱槽2中的集熱換熱器3，所述集熱循環管5上設有集熱循環栗6。本實用新型通過太陽能集熱系統收集熱量，提高儲能效率。在白天，利用太陽能集熱系統的太陽能集熱器收集太陽熱能，集熱循環栗通過集熱管線將熱量通過導熱介質(如導熱油)將熱量輸送到集熱換熱器，導熱介質使得高溫儲熱換熱槽中的儲熱介質加熱發生相變(如奈由固體轉化為液體)進行再次蓄熱，從而再次提高了儲熱能量。
[0024]壓縮儲能系統包括光伏發電裝置22、電站電網、高溫儲熱換熱槽2、高溫蒸發/冷凝換熱器4、高壓壓縮機10、低壓壓縮機13、低溫汽液分離器14、儲液器18、低溫蒸發/冷凝換熱器20和低溫儲冷換熱槽21，光伏發電裝置22通過驅動電機連接高壓壓縮機10，電站電網通過驅動電機連接高壓壓縮機10和低壓壓縮機13，通過光伏發電裝置22發電能夠驅動高壓壓縮機10工作，電站電網發電能夠驅動高壓壓縮機10和低壓壓縮機13工作。
[0025]低壓壓縮機13—端通過管路連接中溫冷凝/蒸發換熱器11，低壓壓縮機13和中溫冷凝/蒸發換熱器11之間的管路上設有換向閥12。中溫冷凝/蒸發換熱器11通過管路連接儲液器18，儲液器18通過管路連接位于低溫儲冷換熱槽21中的低溫蒸發/冷凝換熱器20，儲液器18和低溫蒸發/冷凝換熱器20之間的管路上設有低溫節流閥19。低溫蒸發/冷凝換熱器20通過管路連接低溫汽液分離器14，低溫汽液分離器14通過管路連接低壓壓縮機13。低溫儲冷換熱槽21內充滿儲冷介質，儲冷介質能夠進行蓄冷。
[0026]換向閥12通過管路連接高壓壓縮機10，高壓壓縮機10通過管路連接位于高溫高溫儲熱換熱槽2中的高溫蒸發/冷凝換熱器4，高溫蒸發/冷凝換熱器4通過管路連接高溫汽液分離器7，高溫汽液分離器7通過管路連接儲液器18，所述高溫汽液分離器7和儲液器18之間的管路上設有高溫節流閥16。高溫儲熱換熱槽2內充滿儲熱介質，儲熱介質能夠進行蓄熱。蓄熱介質能夠采用水、石蠟、奈、生物質油、無機類結晶水合鹽、熔融鹽或有機類脂肪酸。
[0027]壓縮儲能系統在夜間工作時，利用電站電網多余的電能驅動驅動電機工作，驅動電機又帶動低壓壓縮機工作，并將一定量的制冷劑壓縮到中溫冷凝/蒸發換熱器中，利用夜間較低的溫度進行冷凝，冷凝后的液體被回收并存儲在儲液器中，多余的液體通過低溫節流閥節流到低溫蒸發/冷凝換熱器中，將低溫儲冷換熱槽中的儲冷介質冷卻發生相變(如液態水為介質轉化為冰)進行蓄冷。
[0028]壓縮儲能系統在白天工作時，利用光伏發電裝置高峰時的多余電能或是電站電網的多余電能驅動高壓壓縮機工作，并通過換向閥使儲液器中的制冷劑在中溫冷凝/蒸發換熱器中利用白天較高溫度進行蒸發，蒸發后的汽體被高壓壓縮機壓縮到高溫蒸發/冷凝換熱器中冷凝，冷凝后液體存儲在高溫汽液分離器中，多余的液體通過高溫節流閥節流后回到儲液器中，高溫制冷劑使得高溫儲熱換熱槽中的儲熱介質加熱發生相變(如以固體奈為介質轉化為液體)進行蓄熱。
[0029]熱動力膨脹系統包括膨脹機8和回熱器9，膨脹機8—端通過管路連接高溫汽液分離器7，膨脹機8另一端通過管路連接回熱器9，回熱器9一端通過管路連接低溫儲冷換熱槽21中的低溫蒸發/冷凝換熱器20，回熱器9另一端通過管路連接低溫汽液分離器14。所述回熱器9和低溫汽液分離器14之間的管路上設有液體栗15。回熱器9和高溫汽液分離器7通過管路連接。膨脹機8的輸出端上連接發電機，通過發電機向外輸出電能。
[0030]回熱器9和儲液器18之間通過管路連接，回熱器9和儲液器18之間的管路上設有平衡供液栗17，通過平衡供液栗調節循環系統制冷工質的平衡。
[0031]本實用新型通過熱動力膨脹系統實現對外做功釋放能量，在需要向外釋放電能時，制冷劑在高溫蒸發/冷凝換熱器中蒸發，進入膨脹機，高溫、高壓制冷劑在膨脹機中膨脹，膨脹機的傳動軸與發電機連接，帶動發電機發電對外輸出電能。做功膨脹后的制冷劑通過回熱器進入低溫蒸發/冷凝換熱器中冷凝，同時將低溫儲冷換熱槽中的儲冷介質加熱發生相變(如冰轉化為水)進行放熱。冷凝液體可由液體栗通過管路及回熱器返回到高溫汽液分離器。
[0032]本實用新型的中溫冷凝/蒸發換熱器能夠回收系統余熱、余冷(白天提供制冷、夜晚提供供暖)為建筑物提供空調環境或為農業大棚、漁業養殖水塘提供恒溫空調環境。
[0033]本實用新型公開了一種太陽能熱動力儲能系統，為新型儲能系統，涉及能量儲存技術。本實用新型采用電站低谷(低價)電能及白天太陽能光伏發電多余電量將制冷劑壓縮，通過低溫儲冷換熱槽、高溫儲熱換熱槽將能量以蓄冷及蓄熱的方式存儲起來，并利用太陽能集熱裝置收集存儲更多的熱能量。在用電高峰，制冷劑在高溫儲熱換熱槽獲取熱量后膨脹、通過制冷劑在膨脹機內膨脹做功，膨脹機驅動發電機發電(釋能)釋放出所蓄能量、制冷劑在低溫儲冷換熱槽中獲取冷量后冷凝。由于本系統除壓縮蓄能外，還通過太陽能集熱裝置收集存儲了額外的能量，所以本實用新型系統具有比其他單一蓄能系統能量密度、效率更高、并不受儲能周期和地理條件限制、也適用于各種(包括風能等其他可再生能源電站)電站、本實用新型的系統對環境友好、其低位余熱、余冷量也可直接用于局部環境調節系統加以二次利用。
【主權項】
1.一種太陽能熱動力儲能系統，包括太陽能集熱系統、壓縮儲能系統和熱動力膨脹系統，其特征是:太陽能集熱系統包括太陽能集熱器(I)和集熱換熱器(3)，太陽能集熱器(I)通過集熱循環管(5)連接位于高溫儲熱換熱槽(2)中的集熱換熱器(3);壓縮儲能系統包括光伏發電裝置(22)、電站電網、高溫儲熱換熱槽(2)、高溫蒸發/冷凝換熱器(4)、高壓壓縮機(10)、低壓壓縮機(13)、低溫汽液分離器(14)、儲液器(18)、低溫蒸發/冷凝換熱器(20)和低溫儲冷換熱槽(21)，光伏發電裝置(22)通過驅動電機連接高壓壓縮機(10)，電站電網通過驅動電機連接高壓壓縮機(10)和低壓壓縮機(13)，通過光伏發電裝置(22)發電能夠驅動高壓壓縮機(10)工作，電站電網發電能夠驅動高壓壓縮機(10)和低壓壓縮機(13)工作;低壓壓縮機(13)—端通過管路連接中溫冷凝/蒸發換熱器(11)，低壓壓縮機(13)和中溫冷凝/蒸發換熱器(11)之間的管路上設有換向閥(12);中溫冷凝/蒸發換熱器(11)通過管路連接儲液器(18)，儲液器(18)通過管路連接位于低溫儲冷換熱槽(21)中的低溫蒸發/冷凝換熱器(20);低溫蒸發/冷凝換熱器(20)通過管路連接低溫汽液分離器(14)，低溫汽液分離器(14)通過管路連接低壓壓縮機(13)，低溫儲冷換熱槽(21)內充滿儲冷介質，儲冷介質能夠進行蓄冷;換向閥(12)通過管路連接高壓壓縮機(10)，高壓壓縮機(10)通過管路連接位于高溫儲熱換熱槽(2)中的高溫蒸發/冷凝換熱器(4)，高溫蒸發/冷凝換熱器(4)通過管路連接高溫汽液分離器(7)，高溫汽液分離器(7)通過管路連接儲液器(18)，高溫儲熱換熱槽(2)內充滿儲熱介質，儲熱介質能夠進行蓄熱;熱動力膨脹系統包括膨脹機(8)和回熱器(9)，膨脹機(8)—端通過管路連接高溫汽液分離器(7)，膨脹機(8)另一端通過管路連接回熱器(9)，回熱器(9)一端通過管路連接低溫儲冷換熱槽(21)中的低溫蒸發/冷凝換熱器(20)，回熱器(9)另一端通過管路連接低溫汽液分離器(14);回熱器(9)和高溫汽液分離器(7)通過管路連接。2.如權利要求1所述的太陽能熱動力儲能系統，其特征是:所述集熱循環管(5)上設有集熱循環栗(6)。3.如權利要求1所述的太陽能熱動力儲能系統，其特征是:所述儲液器(18)和低溫蒸發/冷凝換熱器(20)之間的管路上設有低溫節流閥(19)。4.如權利要求1所述的太陽能熱動力儲能系統，其特征是:所述高溫汽液分離器(7)和儲液器(18)之間的管路上設有高溫節流閥(16)。5.如權利要求1所述的太陽能熱動力儲能系統，其特征是:所述回熱器(9)和低溫汽液分離器(14)之間的管路上設有液體栗(15)。6.如權利要求1所述的太陽能熱動力儲能系統，其特征是:所述回熱器(9)和儲液器(18)之間通過管路連接，回熱器(9)和儲液器(18)之間的管路上設有平衡供液栗(17)。7.如權利要求1所述的太陽能熱動力儲能系統，其特征是:所述膨脹機(8)的輸出端上連接發電機。8.如權利要求1所述的太陽能熱動力儲能系統，其特征是:所述蓄熱介質能夠采用水、石蠟、奈、生物質油、無機類結晶水合鹽、熔融鹽或有機類脂肪酸。9.如權利要求1所述的太陽能熱動力儲能系統，其特征是:所述高壓壓縮機(10)和低壓壓縮機(13)為活塞式壓縮機、軸流式壓縮機、離心式壓縮機、螺桿式壓縮機、渦旋式、滾動轉子式壓縮機或混合式壓縮機。10.如權利要求1所述的太陽能熱動力儲能系統，其特征是:所述膨脹機(8)為活塞式膨脹機、軸流式膨脹機、向心式膨脹機、螺桿式膨脹機、渦旋式膨脹機、滾動轉子式或混合式膨脹機D
【文檔編號】F04B41/06GK205503202SQ201620117916
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年2月5日
【發明人】吳之春, 朱葉飛, 王曉功, 朱紹偉, 周振華
【申請人】江蘇朗禾農光聚合科技有限公司